CN114954979A - 一种连续周扫线性运动像移补偿系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空机载光电载荷像移补偿系统及方法，具体涉及一种连续周扫线性运动像移补偿系统及方法，用于解决现有动靶面像移补偿系统采用直线驱动的补偿形式，导致体积结构较大，并且无法满足高运动精度和高补偿频率的要求，从而难以实现高频像移补偿效果的不足之处。该连续周扫线性运动像移补偿系统包括相机主控系统、驱动机构、弹性组件、底座、靶面支架和相机靶面，其中驱动机构包括驱动装置、偏心变径旋转轮和编码器；驱动装置单向驱动偏心变径旋转轮旋转，通过偏心变径旋转轮高速旋转带动相机靶面线性匀速运动来实现像移补偿。同时，本发明提供一种连续周扫线性运动像移补偿方法。
Description
技术领域
本发明涉及航空机载光电载荷像移补偿系统及方法，具体涉及一种连续周扫线性运动像移补偿系统及方法。
背景技术
随着无人机在各技术领域的应用，机载光学相机也被越来越多应用于航空摄影、地理测绘、智慧城市建设等多个领域，尤其是具有画幅大，分辨率高、成像质量好等优点的数码测绘相机，随着光学成像技术不断进步，其具有广阔的应用前景。由于机载平台的特殊性，光学相机在成像时需要探测器在一定积分时间内曝光，无人机的高速运动会导致光学相机成像时在长曝光时间内产生飞行方向的像移，这种飞行方向的像移在低照度及微光成像环境下尤为明显，已经严重制约航空摄影成像技术应用，因此需要进行像移补偿。
现有动靶面像移补偿系统采用直线驱动的补偿形式，体积结构较大，并且无法满足高运动精度和高补偿频率的要求，导致难以实现高频的像移补偿效果。
发明内容
本发明的目的是解决现有动靶面像移补偿系统采用直线驱动的补偿形式，导致体积结构较大，并且无法满足高运动精度和高补偿频率的要求，从而难以实现高频像移补偿效果的不足之处，而提供一种连续周扫线性运动像移补偿系统及方法。
为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：
一种连续周扫线性运动像移补偿系统，其特殊之处在于：包括相机主控系统、驱动机构、弹性组件,以及从下到上依次设置的底座、靶面支架和相机靶面；
所述驱动机构包括驱动装置、偏心变径旋转轮和编码器；所述驱动装置设置在所述底座上，驱动装置与所述相机主控系统通信连接；所述偏心变径旋转轮同轴设置在驱动装置的驱动端；所述编码器与偏心变径旋转轮同轴连接，编码器与所述相机主控系统通信连接；
所述底座上设置有多个导轨，每个导轨上设置有滑块，滑块上设置所述靶面支架；
所述靶面支架下表面与偏心变径旋转轮对应位置设置有至少一个第一凸出部；所述弹性组件位于靶面支架与底座之间且沿靶面支架移动方向平行设置，使偏心变径旋转轮的侧壁与一个第一凸出部的侧壁抵接，在偏心变径旋转轮旋转至不同角度时带动靶面支架产生不同位移。
进一步地，所述靶面支架下表面与偏心变径旋转轮对应位置设置有两个第一凸出部，两个第一凸出部与靶面支架形成U型槽，所述偏心变径旋转轮位于U型槽内，且与U型槽的一个内侧壁抵接；U型槽可在装配过程中对偏心变径旋转轮进行限位，方便弹性组件安装。
进一步地，所述靶面支架下表面设置有第二凸出部，所述底座上表面设置有第三凸出部，所述弹性组件的两端分别与第二凸出部和第三凸出部连接。
进一步地，所述偏心变径旋转轮通过旋转轴设置在驱动装置的驱动端，所述旋转轴两端均设置有轴承，两个轴承的内圈与旋转轴固定，两个轴承的外圈与底座固定。
进一步地，所述驱动装置包括伺服电机、盖板、电机支架和电机座，所述伺服电机依次通过盖板、电机支架与设置在底座上的电机座固定，伺服电机的输出轴通过旋转轴与偏心变径旋转轮同轴连接，旋转轴两端轴承的外圈设置在电机座上；伺服电机与相机主控系统通信连接。
同时，本发明提供一种连续周扫线性运动像移补偿方法，其特殊之处在于，采用上述连续周扫线性运动像移补偿系统，包括如下步骤：
步骤1、相机主控系统获取机载平台的速度和高度信息，并结合相机靶面的曝光时间，计算并实时获得偏心变径旋转轮的预设转速和预设角度，输出给驱动装置；
步骤2、驱动装置驱动偏心变径旋转轮按照预设转速旋转和预设角度，带动靶面支架运动，进而带动相机靶面运动，以抵消相机靶面产生的像移，获取清晰成像；
编码器实时获取偏心变径旋转轮的转速和角度，反馈给相机主控系统；
步骤3、相机主控系统根据机载平台的速度和高度信息，并结合相机靶面的曝光时间以及偏心变径旋转轮的实时转速和角度，调整偏心变径旋转轮的预设转速和预设角度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明一种连续周扫线性运动像移补偿系统，包括相机主控系统、驱动机构、弹性组件、底座、靶面支架和相机靶面，其中驱动机构包括驱动装置、偏心变径旋转轮和编码器；驱动装置单向驱动偏心变径旋转轮旋转，通过偏心变径旋转轮高速旋转带动相机靶面线性匀速运动来实现像移补偿；本发明结构设计简单可靠，无变向的力矩干扰，能够有效实现对各类航向像移的补偿，具有频率高、精度高、行程大的优点。
(2)本发明一种连续周扫线性运动像移补偿方法，其将偏心变径旋转轮的圆周运动转换为相机靶面的线性运动来进行像移补偿，并通过相机主控系统-驱动装置-偏心变径旋转轮-编码器-相机主控系统的闭环控制来保证对相机靶面速度的精确控制，以实现高精度的像移补偿精度，获取良好的成像效果。
附图说明
图1为本发明一种连续周扫线性运动像移补偿系统一个实施例的爆炸结构示意图；
图2为本发明图1实施例中偏心变径旋转轮与U型槽的结构示意图；
图3为本发明图1实施例中弹性组件的结构示意图。
附图标记说明如下：1-驱动机构，11-驱动装置，111-伺服电机，112-盖板，113-电机支架，114-电机座，12-偏心变径旋转轮，13-编码器，14-旋转轴；2-弹性组件；3-底座，31-导轨，32-滑块，33-第三凸出部；4-靶面支架，41-第一凸出部，42-第二凸出部；5-相机靶面。
具体实施方式
下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。
参照图1至图3，一种连续周扫线性运动像移补偿系统，包括相机主控系统、驱动机构1、弹性组件2,以及从下到上依次设置的底座3、靶面支架4和相机靶面5。
驱动机构1包括驱动装置11、偏心变径旋转轮12和编码器13，驱动装置11包括伺服电机111、盖板112、电机支架113和电机座114，伺服电机111依次通过盖板112、电机支架113与设置在底座3上的电机座114固定，伺服电机111与相机主控系统通信连接；伺服电机111的输出轴通过旋转轴14与偏心变径旋转轮12同轴连接，旋转轴14两端均设置有轴承，两个轴承的内圈与旋转轴14固定，两个轴承的外圈与电机座114固定；编码器13与偏心变径旋转轮12同轴连接，且通过压轴器固定，编码器13与相机主控系统通信连接。
底座3上设置有两个导轨31，每个导轨31上设置有滑块32，滑块32上设置所述靶面支架4。
靶面支架4下表面与偏心变径旋转轮12对应位置设置有两个第一凸出部41，两个第一凸出部41与靶面支架4形成U型槽，U型槽内设置所述偏心变径旋转轮12；靶面支架4下表面设置有第二凸出部42，底座3上表面设置有第三凸出部33，弹性组件2的两端分别与第二凸出部42和第三凸出部33连接，并且弹性组件2的设置方向平行于靶面支架4移动方向，进而使偏心变径旋转轮12的侧壁与U型槽的一个内侧壁抵接，在偏心变径旋转轮12旋转至不同角度时带动靶面支架4产生不同位移。
采用上述连续周扫线性运动像移补偿系统，本发明提供一种连续周扫线性运动像移补偿方法，包括如下步骤：
步骤1、相机主控系统获取机载平台的速度为200km/h，高度为3000m，并结合相机靶面5的曝光时间2ms，计算得到偏心变径旋转轮12的预设转速为110°/s，预设角度为0.22°，输出给驱动装置11；
步骤2、驱动装置11驱动偏心变径旋转轮12按照预设转速旋转预设角度，带动靶面支架4在导轨31上往返运动，进而带动相机靶面5运动，以抵消相机靶面5产生的像移，获取清晰成像；
编码器13实时获取偏心变径旋转轮12的转速和角度，反馈给相机主控系统；
步骤3、相机主控系统根据机载平台的速度和高度信息，并结合相机靶面5的曝光时间以及偏心变径旋转轮12的实时转速和角度，调整偏心变径旋转轮12的预设转速和预设角度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种连续周扫线性运动像移补偿系统，其特征在于：包括相机主控系统、驱动机构(1)、弹性组件(2)，以及从下到上依次设置的底座(3)、靶面支架(4)和相机靶面(5)；
所述驱动机构(1)包括驱动装置(11)、偏心变径旋转轮(12)和编码器(13)；所述驱动装置(11)设置在所述底座(3)上，驱动装置(11)与所述相机主控系统通信连接；所述偏心变径旋转轮(12)同轴设置在驱动装置(11)的驱动端；所述编码器(13)与偏心变径旋转轮(12)同轴连接，编码器(13)与所述相机主控系统通信连接；
所述底座(3)上设置有多个导轨(31)，每个导轨(31)上设置有滑块(32)，滑块(32)上设置所述靶面支架(4)；
所述靶面支架(4)下表面与偏心变径旋转轮(12)对应位置设置有至少一个第一凸出部(41)；所述弹性组件(2)位于靶面支架(4)与底座(3)之间且沿靶面支架(4)移动方向平行设置，使偏心变径旋转轮(12)的侧壁与一个第一凸出部(41)的侧壁抵接，在偏心变径旋转轮(12)旋转至不同角度时带动靶面支架(4)产生不同位移。
2.根据权利要求1所述的一种连续周扫线性运动像移补偿系统，其特征在于：所述靶面支架(4)下表面与偏心变径旋转轮(12)对应位置设置有两个第一凸出部(41)，两个第一凸出部(41)与靶面支架(4)形成U型槽，所述偏心变径旋转轮(12)位于U型槽内，且与U型槽的一个内侧壁抵接。
3.根据权利要求1或2所述的一种连续周扫线性运动像移补偿系统，其特征在于：所述靶面支架(4)下表面设置有第二凸出部(42)，所述底座(3)上表面设置有第三凸出部(33)，所述弹性组件(2)的两端分别与第二凸出部(42)和第三凸出部(33)连接。
4.根据权利要求3所述的一种连续周扫线性运动像移补偿系统，其特征在于：所述偏心变径旋转轮(12)通过旋转轴(14)设置在驱动装置(11)的驱动端，所述旋转轴(14)两端均设置有轴承，两个轴承的内圈与旋转轴(14)固定，两个轴承的外圈与底座(3)固定。
5.根据权利要求4所述的一种连续周扫线性运动像移补偿系统，其特征在于：所述驱动装置(11)包括伺服电机(111)、盖板(112)、电机支架(113)和电机座(114)，所述伺服电机(111)依次通过盖板(112)、电机支架(113)与设置在底座(3)上的电机座(114)固定，伺服电机(111)的输出轴通过旋转轴(14)与偏心变径旋转轮(12)同轴连接，旋转轴(14)两端轴承的外圈设置在电机座(114)上；伺服电机(111)与相机主控系统通信连接。
6.一种连续周扫线性运动像移补偿方法，其特征在于，采用权利要求1所述的连续周扫线性运动像移补偿系统，包括如下步骤：
步骤1、相机主控系统获取机载平台的速度和高度信息，并结合相机靶面(5)的曝光时间，计算并实时获得偏心变径旋转轮(12)的预设转速和预设角度，输出给驱动装置(11)；
步骤2、驱动装置(11)驱动偏心变径旋转轮(12)按照预设转速旋转和预设角度，带动靶面支架(4)运动，进而带动相机靶面(5)运动，以抵消相机靶面(5)产生的像移，获取清晰成像；
编码器(13)实时获取偏心变径旋转轮(12)的转速和角度，反馈给相机主控系统；
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